Результат интеллектуальной деятельности: ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНО-ЗАЖИГАТЕЛЬНЫЙ СОСТАВ

Изобретение относится к пиротехнике, более конкретно к воспламенительным пиротехническим составам, инициирующим воспламенение и горение функционального снаряжения различных специзделий и боеприпасов, которые включают мелкодисперсный металл в комбинации с кислородосодержащим веществом, не являющимся взрывчатым, и могут быть использованы для воспламенения горючих материалов в зоне действия.

Уровень данной области техники характеризуют пиротехнические составы, термическая основа которых содержит нитрат бария и порошок металлического горючего, дополнительно включающие энергоснасыщенное органическое вещество - пироксилиновый порох, описанные в патентах RU №2487111 C1, C06B 33/00, 2012, №23311619 C1, C06B 33/04, C06B 31/24, 2007, и UA №9607, F42B 4/00, 1966.

Особенностью перечисленных пиротехнических составов является содержание массой четверть-половина утилизируемого ружейного пороха, сжигание которого при расснаряжении боеприпасов представляет собой экологическую проблему.

Состав этих аналогов включает технологические и функциональные добавки соответственно: искрообразующие металлические порошки и ферроцен (катализатор горения); дибутилфталат - катализатор горения; усилитель цвета - поливинилхлорид, и в качестве органического горючего идитол, которые обеспечивают улучшение технологичности и показателей назначения: искристо-форсовый факел для фейерверков и салютов; пульсирующие вспышки при горении, создающие эффект мерцающих звезд; горение зеленым насыщенным пламенем.

Недостатком аналогов является неполное использование содержащейся энергии по прямому назначению, а именно: в качестве воспламенительно-зажигательного действия, инициирующего поджиг основного снаряжения изделий различного назначения и воспламенение горючих материалов в зоне их функционирования.

Отмеченный недостаток устранен в пиротехническом зажигательном составе, описанном в учебнике А.А. Шидловского Основы пиротехники, М., «Машиностроение», 1973, с. 220, Таблица 15.1 (составы, указанные в патенте США, 2120809), включающем нитрат бария (BaNO₃)₂, порошок металлического горючего (алюминия) и утилизируемый триниротолуол (тротил) химической формулы C₆H₆(NO₂)СН в качестве связующего энергонасыщенного материала при следующем соотношении компонентов, мас. %: 18 нитрат бария, 50 порошок алюминия, 32 тротил.

Недостатком известного пиротехнического состава является балластное содержание металлического горючего, избыток которого снижает скорость горения воспламенительно-зажигательного пиротехнического состава, причем алюминий при горении образует с кислородом инертное соединение Al₂O₃, характеризующееся высокой термостойкостью, что тормозит основное действие по назначению.

При этом массовое соотношение окислитель/металлическое горючее не оптимизировано по кислородному балансу для создания максимальных термодинамических условий горения.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение основных показателей назначения, а именно увеличение энергосодержания воспламенительно-зажигательного состава, пригодного для переработки в заряды экструзией, и повышение скорости и температуры его горения.

Требуемый технический результат достигается тем, что пиротехнический воспламенительно-зажигательный состав, включающий нитрат бария, порошок металлического горючего и связующее, согласно изобретению содержит утилизируемый тетранитропентаэритрит (ТЭН), в качестве металлического горючего - порошок алюминиево-магниевого сплава, в качестве связующего - тротил, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Отличительные признаки предложенного технического решения позволили утилизировать конверсионное бризантное взрывчатое вещество - ТЭН, сжигание которого экологически небезвредно и технологически трудоемко, в структуре пиротехнического воспламенительно-зажигательного состава в качестве энергонасыщенного компонента термической основы.

При этом предложенный пиротехнический состав является технологичным, так как в условиях промышленного производства перерабатывается в заряды экструзионным способом.

ТЭН является вторичным взрывчатым веществом и без инициирующего детонатора горит послойно линейно, выделяя очень много тепловой энергии, используемой в составе по изобретению на воспламенение основного снаряжения боеприпаса и зажигание горючих материалов в зоне его действия по назначению.

Диапазон максимально возможного содержания ТЭН в пиротехническом составе выбран экспериментально, при минимальном функциональном количестве компонентов.

Количественная доля пластифицирующего тротила в воспламенительно-зажигательном составе выбрана из условия соотношения к массе ТЭН для обеспечения технологической пригодности в переработке по экструзионной технологии как (0,04-0,05):1.

При этом соотношение в термической основе предложенного состава нитратного окислителя к металлическому горючему (сравнительно с прототипом) увеличено вдвое, что обеспечивает необходимую чувствительность к инициирующему тепловому импульсу и стабилизирует высокотемпературное горение.

Выбор порошка алюминиево-магниевого горючего в качестве металлического горючего термической основы продиктован его комплексными качествами: большой калорийностью алюминия и высокой температурой стабильного горения, обеспеченной магнием, который в связанном состоянии сплава не взаимодействует с кислородом воздуха.

При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 11 мас. % температура и калорийность продуктов сгорания не обеспечивает надежного воспламенения композиции.

При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 25 мас. % нет дальнейшего улучшения целевых параметров состава и зарядов из него.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Приготавливается предложенный состав по принятой технологии пиротехнического производства смешиванием компонентов в промышленном смесителе.

В смеситель последовательно загружают компоненты в мас. %:

65±15 ТЭН, 18±7 порошок алюминиево-магниевого сплава, 14±7 нитрат бария и 3±1 тротила, которые затем смешивают в течение 15-20 минут для равномерного распределения компонентов в смеси.

Приготовленную смесь направляют в экструзионный пресс для прессования усилием шнека пластифицированного материала в длинномерный полуфабрикат, который на выходе автоматически разрезается на штучные заряды.

Количественное содержание компонентов пиротехнического воспламенительно-зажигательного состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, оптимальность которого по достижению необходимого уровня показателей назначения подтверждена натурными испытаниями опытной партии зарядов, при соотношении компонентов внутри выбранных предельных значений массовой доли в составе, на их границах и за пределами заявленных границ диапазонов.

Характерные составы приведены в таблице.

Опытная проверка в действии приготовленных пиротехнических зарядов из композиции по изобретению показала, что составы 2-4 полностью соответствуют целевому назначению воспламенительно-зажигательных зарядов по воспламенению основного снаряжения изделий и активному зажжению горючих материалов на месте их функционирования, формируя очаги пожаров.

Заряды 1 и 5, в которых компоненты находятся за границами предложенных диапазонов массового содержания по изобретению, ненадежно воспламенялись от теплового импульса штатного капсюля-воспламенителя, при этом не отмечено стабильного зажжения горючих материалов на месте действия зарядов, то есть целевое назначение не реализуется.

Горение заряда из состава 1 происходит нестабильно, в импульсном режиме до затухания, а состав 5 непригоден для экструзионной переработки в заряды, то есть нетехнологичен.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления воспламенительно-зажигательного пиротехнического состава можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

С учетом достигнутых показателей назначения зарядов из предложенного пиротехнического состава, в котором использовано больше половины массы (до 84%) утилизируемых взрывчатых веществ, что соответствует экологическим требованиям и значительно снижает потребительскую стоимость изделий, пиротехнический воспламенительно-зажигательный состав по изобретению целесообразно внедрить в производство для изготовления серийных изделий, поставляемых заказчикам.